История ракетно-ядерной гонки США и СССР - Евгений Вадимович Буянов

Специалисты США и СССР в качестве технической основы использовали опыт немецких ракетчиков в создании ракет и зенитных, и крылатых, и баллистических. Немецкая ФАУ-1 была первой военной крылатой ракетой, которую использовали для обстрела Лондона. ФАУ-1 имела скорость 656–800 км/час, дальность 280 км и несла БЧ с массой 700–1000 км. Около половины ФАУ-1 были уничтожены английскими средствами ПВО (но затраты на это были больше затрат на производство ФАУ-1, но зато удалось уменьшить человеческие потери). Изменить ход войны это «оружие возмездия» не могло, – фактически оно играло роль «воздушного террора» в ответ на бомбардировки городов Германии англо-американской стратегической авиацией. ФАУ-1 использовали, как «прототип» для создания крылатых ракет для наземных, морских и воздушных носителей. Эта крылатая ракета с импульсным реактивным двигателем, по сути, являлась беспилотным скоростным реактивным самолётом, который в полёте стабилизировался и управлялся автопилотом с помощью аэродинамических рулей и элеронов по заданной программе или по сигналам радиоуправления.

Крылатая ракета ФАУ–1

Баллистическая ракета ФАУ–2 на Уайт-Сэнде, США. 10.05.1946

Ракета ФАУ-2 стала первой боевой управляемой баллистической ракетой «большой дальности» свыше 200 км – существенно большей, чем дальность стрельбы самых мощных артиллерийских орудий того времени (очень громоздкие сверхдальнобойные пушки имели дальность стрельбы до 120 км, а обычные крупнокалиберные морские орудия калибром до 18 дюймов – порядка 40 км – такая дальность была уже «загоризонтной»). Ракета стабилизировалась и управлялась с помощью газоструйных рулей, установленных в сопле жидкостного реактивного двигателя (ЖРД). Развитие баллистических ракет ввиду их большой мощности, скорости и дальнобойности позволило создать самые мощные и самые неуязвимые в полёте средства ракетно-ядерного нападения.

Развитие ракетных технологий потребовало решения ряда кардинальных задач в области математики, физики, химии, технических наук: электроники, технической механики, материаловедения и множества других проблем. Без более совершенных лёгких и очень прочных материалов ракеты не могли полететь далеко и высоко. Без решения задач электроники и вычислительной техники и миниатюризации этой техники ракетами невозможно было управлять и быстро рассчитывать траектории их полёта. Без развития систем наземной и спутниковой навигации невозможно было точно определять местонахождение носителей ядерного оружия для обеспечения высокой точности поражения вражеских объектов. Без развития технических систем разведки, наблюдения и связи невозможно было задать точно координаты целей, а также вовремя обнаружить пуск вражеских ракет по своей территории и своевременно оповестить свои средства нападения для организации отпора и нанесения ответных ударов по агрессору.

Чтобы заставить ракету летать, надо было научиться её стабилизировать в определённом положении, и ею управлять. Баллистическая ракета движется на ином принципе, чем другие летательные аппараты. Её приводят в движение отбрасываемые назад раскалённые газы из двигателя, – они летят в одну сторону, а ракета – в противоположную. Это – реактивный принцип движения. Вылетающие раскалённые газы создают давление на двигатель ракеты в зоне сечения сопла и на раструб, – это давление и толкает ракету в полёте (чем больше давление и эффективное сечение сопла – тем больше и сила). А в обратном направлении эти газы на ракету не воздействуют, – поэтому и возникает нескомпенсированная реакция суммарной реактивной силы в одном направлении, которая вызывает ускорение ракеты. Чем больше скорость истечения газов из сопла – тем больше давление и тем больше скорость ракеты. Для этого газы должны иметь очень высокие температуры и давления. Тонкая оболочка двигателя ракеты не должна расплавиться от высокой температуры и не должна разрушиться от давления в камере сгорания – эти требования накладывают ограничения и на температуры, и на давления.

Ракетой управляют не так, как самолётом. Органами управления самолётом являются специальные аэродинамические поверхности, – рули на хвосте или на носу для поворотов по курсу и тангажу, а также элероны на крыльях для поворота (наклона) вокруг продольной оси. Подобно самолёту управляют крылатыми ракетами с помощью автопилота. Но баллистическая ракета летит на большой высоте, где атмосферы практически нет, и аэродинамические рули не работают. И где нельзя использовать воздух, как окислитель для горючего, – ракета несёт в составе топлива, кроме горючего, ещё и окислитель. Ракетой управляют путём её разворота в нужном направлении по двум углам, – по тангажу – носом вверх или вниз, и по «курсу» (по углу «рыскания») – носом вправо или влево. По третьему углу, – по углу крена (по повороту вокруг продольной оси ракеты) ракету надо стабилизировать: её положение по крену должно быть зафиксировано, чтобы ракетой можно было управлять (а при беспорядочном вращении ракетой управлять невозможно). Чтобы устранить колебания ракеты, её приходится стабилизировать не только по трём углам, но и по всем составляющим угловых скоростей. Такая стабилизация позволяет избежать значительных колебаний (она их гасит), которые делают её полёт неустойчивым. Поворот ракеты в нужном направлении вызывает и поворот направления вектора тяги, и ракета летит по нужной траектории. Поворот ракеты может осуществляться разными путями: и разворотом сопла её двигателя (так управляют твёрдотопливными ракетами), и специальными газовыми рулями, установленными в потоке истекающих газов из сопла её двигателя, – так управляли ракетой ФАУ-2 и её аналогами. Но управление газовыми рулями снижает КПД ЖРД ракеты, – поэтому от применения газовых рулей постепенно отказались. Управление ракетой можно осуществлять дополнительными небольшими реактивными двигателями, создающими тягу в боковых направлениях – путём поворота этих двигателей и путём регулировки силовой тяги этих двигателей (так управляют ракетой Р-7 и её модификациями). Конечно, сигналы управления включают в себя и сигналы для стабилизации ракеты. Управление и корректировку траектории ракеты осуществляли сначала по радиокомандам с земли, а потом и с помощью автономных программных управляющих устройств, которые автоматически задают команды управления и корректировки для движения по нужной траектории без внешнего управления. Крупным шагом вперёд здесь стало применение бортового компьютера, но его смогли применить только, когда он стал небольшим, – «подъёмным» для ракет по своей массе и габаритам.

«Тормозов» как таковых у ракеты нет – её тормозит только сопротивление воздуха и сила тяжести на участке вертикального подъёма. Тормозить движением ракеты можно только с помощью её же ракетного двигателя, но тягой в обратном направлении, – так тормозят спутники для их посадки на Землю. На участке падения боеголовки сила тяжести ускоряет ракету (боеголовку) в вертикальном направлении – вертикальная скорость падения увеличивается до гиперзвуковых величин, сравнимых с горизонтальной скоростью боеголовки. При достаточно большой горизонтальной скорости (относительно поверхности Земли или – вокруг центра Земли) выше «первой космической скорости» (8,6 км в с) и при большой высоте полёта, где практически отсутствует сопротивление воздуха, полезная нагрузка ракеты выходит на орбиту искусственного спутника Земли. И движется по эллиптической траектории так, что центр масс Земли находится в